Учёные Новосибирского государственного университета разработали магний-фосфатный цемент, способный твердеть и набирать прочность при температурах до –34°C. В его основе лежат низкосортный оксид магния и промышленные отходы угольных электростанций, поэтому материал значительно снижает стоимость строительства и делает его более экологичным. Разработка будет востребована для ремонта и возведения сооружений в арктических регионах. Результаты, поддержанные грантом РНФ, опубликованы в журнале Research in Cold and Arid Regions.
Обычные цементные смеси плохо подходят для Арктики: при отрицательных температурах вода в них замерзает, химические реакции замедляются, и материал очень долго набирает прочность. Это особенно критично при срочном ремонте зданий, мостов или взлётных полос. Альтернативой может стать магний-фосфатный цемент, который затвердевает быстрее и менее чувствителен к холоду, однако при сильных морозах его твердение тоже замедляется, а для производства требуется дорогой высококачественный оксид магния.
Чтобы повысить реакционную способность сырья, авторы совместно измельчили оксид магния и золу в мельнице, механически активировав их, а затем добавили фосфатный компонент, технические добавки, песок и воду. Образцы затвердевали как при комнатной температуре, так и на открытом воздухе при –34°C. При комнатной температуре уже через сутки прочность состава с активацией превысила 28 мегапаскалей. На морозе процессы замедлились, но материал продолжал набирать прочность: через сутки прочность активированного состава была на 74% выше, чем у материала без золы и активации.
Анализ показал, что механическая активация повышает реакционную способность частиц оксида магния: они активнее реагируют с фосфатным компонентом, ускоряя образование кристаллов K-струвита — основного продукта твердения. Эти кристаллы создают плотную переплетённую сеть, обеспечивающую прочность, а частицы золы служат дополнительными центрами кристаллизации и уплотняют структуру. Предложенный подход позволяет частично компенсировать негативное влияние экстремальных холодов и делает строительство в Арктике быстрее, дешевле и экологичнее.
Фото: образец полученного материала. Источник: Сергей Волынкин / из личного архива.
